六方钻杆接头加工工艺

2020-06-08 14:37:39 admin 314

钻孔抽采作为瓦斯抽放的基本手段,在煤矿瓦斯防治中得到广泛地应用。然而,由于软煤层具有透气性不好,软属性、高瓦斯气体压力等特点,所以在钻孔过程中经常出现瓦斯孔壁崩溃、抱钻、埋钻等事故。采用螺旋钻杆钻孔技术能很好地提高松软煤层瓦斯抽采排放孔的成孔率。螺旋钻杆连接形式通常为:锥螺纹、六方插销等形式。在钻孔过程中,一旦发生卡钻、抱死等事故要顺利退出钻杆必须反转,锥螺纹连接反转时会出现脱扣,通常在松软煤层中采用六方插销式接头,针对六方插销式接头本文进行了改进设计。本章只对改进后插接式接头进行分析讨论[50]。

六方插接式接头采用径向六方对接,轴向锁舌固定的形式,可减小钻杆之间的连接间隙,提高同轴度,提高传递拉力,更可实现钻杆的正反转等优点。本章主要探讨此六方接头的成形工艺以及受扭力学特性。

六方接头成形工艺主要通过锻压,锻压工艺流程为:钢坯-锯床下料-坯料锻造-热处理-机加工-成品。由于锻压工序少,成本低,设备可重复利用,因此在工厂中,多采用锻造成形[51-52]。

六方接头化学成分见表 5-1,碳对接头的力学性能影响非常大,随着碳质量分数的增加,接头的硬度、抗磨性也随之增强,而塑性和韧性降低。硅是炼钢过程中带进钢中的元素,它能消除 FeO 对钢的影响,还能提高接头的强度和硬度。锰能把钢中的 FeO 还原成铁,还可以减轻硫的有害作用并降低接头的脆性。硫、磷使钢材变脆并导致加工时开裂,但是可以改变材料的韧性。因此,在炼钢过程中应尽量降低硫、磷的含量,增强钢的力学性能[53]。

表 1-1 化学成分ω(%)

Tab.1-1 Chemical composition of connector

牌号

ω(C)

ω(Si)

ω(Mn)

ω(P)

ω(S)

ω(Cr)

ω(Mo)

42CrMo

0.35~

0.45

0.15~

0.40

0.41~

0.70

≤0.035

≤0.035

1.00~

1.50

0.15~

0.25

机械性能如表 5-2 所示,钻杆的强度硬度均满足实际要求,同时具有良好的韧性, 可在有冲击载荷的工况下工作[54]。


表 1-2 接头机械性能

Tab.5-2 Mechanical properties of connector

牌号

抗拉强

延伸率

断面收

硬度

屈服强


度(MPa)

(%)

缩率(%)

(HBS)

度(MPa)

42CrMo

1080

≥12

≥45

≥217

≥930

根据 ZDY6000LD 型坑道钻机配备的钻杆型号为 Φ73x100.00mm。此型号钻杆接头为六方,我们优化了参数得到六方长度 80mm,六方外接圆半径 30mm,棱边倒圆角, 该公、母接头成品见图 1-1 和图 1-2。

通缆钻杆

 5-1    5-2

Fig.5-1 Male connector Fig.5-2 Female connector

 a)接头受扭力学分析

 公、母接头是通过摩擦焊工艺与钻杆主体连接的,使用中发现在焊缝处容易发生断裂,这与所受载荷有关,因此先对六方接头受扭载荷分布进行校核,然后借助有限元方法来分析钻杆接头的应力应变问题,这样理论、仿真与实验可相互验证接头的性能。六方接头在承受扭矩作用时,公接头与母接头的受载情况一样,假设载荷在六方接头每个面上的受力情况一样,其受力图如图 5-3 所示。

通缆钻杆

图 5-3 六方接头受扭载荷图

Fig.5-3 Six-party connector torsion load chart

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